谈一谈卫星:分类和组成

卫星是有意放入轨道的物体。这些物体被称为人造卫星,以区别于地球的月球等天然卫星。

1957年10月4日,苏联发射了世界上第一颗人造卫星Sputnik 1。从那时起,来自 40 多个国家的约 8,900 颗卫星已发射。根据 2018 年的估计,约有 5,000 颗仍在轨道上。其中,约有 1,900 架处于运行状态,而其余的已超过其使用寿命并成为空间碎片。大约 63% 的运行卫星处于低地球轨道,6% 处于中地球轨道(20,000 公里),29% 处于地球静止轨道(36,000 公里),其余 2% 处于各种椭圆轨道。

卫星按照功能分成不同用途的卫星。

  • 天文卫星是用于观测遥远行星、星系和其他外太空物体的卫星。
  • 生物卫星是设计用于携带生物体的卫星,通常用于科学实验。
  • 通信卫星是为了通信目的而驻扎在太空中的卫星。现代通信卫星通常使用地球同步轨道、 Molniya 轨道或低地球轨道。
  • 地球观测卫星是用于非军事用途的卫星,例如环境监测、气象学、地图制作等。
  • 导航卫星是使用发射的无线电时间信号使地面上的移动接收器能够确定其确切位置的卫星。卫星和地面接收器之间相对清晰的视线,再加上不断改进的电子设备,使卫星导航系统能够以几米的精度实时测量位置。
  • 杀手卫星是旨在摧毁敌方弹头、卫星和其他太空资产的卫星。
  • 载人航天器(宇宙飞船)是大型卫星,能够将人类送入(和超越)轨道,并将他们送回地球。包括可重复使用系统的航天飞机在内的航天器具有主要的推进或着陆设施。它们可以用作往返轨道站的交通工具。
  • 小型化卫星是质量异常低且尺寸小的卫星。[18]新的分类用于对这些卫星进行分类:小卫星(500-1000 公斤)、微型卫星(100 公斤以下)、纳米卫星( 10 公斤以下)。
  • 侦察卫星是为军事或情报应用部署的地球观测卫星或通信卫星。人们对这些卫星的全部功能知之甚少,因为运营这些卫星的政府通常会将与其侦察卫星有关的信息保密。
  • 恢复卫星是提供从轨道到地球的侦察、生物、空间生产和其他有效载荷恢复的卫星。
  • 天基太阳能卫星是提议的卫星,它们将从太阳光中收集能量并将其传输到地球或其他地方使用。
  • 空间站是为人类在外太空生活而设计的人造轨道结构。空间站与其他载人航天器的区别在于它缺乏主要的推进或着陆设施。空间站是为在轨道上的中期生活而设计的,为期数周、数月甚至数年。
  • 系绳卫星是通过称为系绳的细电缆连接到另一颗卫星的卫星。
  • 气象卫星主要用于监测地球的天气和气候。

卫星的多功能性嵌入在其技术组件和运行特性中,查看典型卫星的“解剖结构”,可以发现两个模块。

航天器总线模块由以下子系统组成 :

结构

结构子系统为机械基础结构提供足够的刚度,以承受发射过程中的应力和振动,在轨道站上保持结构完整性和稳定性,并保护卫星免受极端温度变化和微陨石损坏。

遥测

遥测子系统(又名命令和数据处理,C&DH)监控机载设备运行,将设备运行数据传输到地球控制站,并接收地球控制站的命令以执行设备运行调整。

电源

电力子系统可能包括将太阳能转换为电能的太阳能电池板、调节和分配功能,以及在卫星进入地球阴影时储存电力并为卫星供电的电池。核动力源(放射性同位素热电发电机)也被用于几个成功的卫星计划,包括Nimbus 计划(1964-1978 年)。

热控制

热控制子系统有助于保护电子设备免受由于强烈阳光或卫星主体不同侧面缺乏阳光照射而导致的极端温度(例如光学太阳能反射器)

姿态和轨道控制

·姿态和轨道控制子系统由测量飞行器方向的传感器、嵌入在飞行软件中的控制规律和执行器(反作用轮、推进器)组成。这些应用所需的扭矩和力将车辆重新定向到所需的高度,使卫星保持在正确的轨道位置,并使天线指向正确的方向。

第二个主要模块是通信有效载荷,它由转发器组成。转发器能够:

  • 接收来自地球卫星发射站(天线)的上行无线电信号。
  • 放大接收到的无线电信号
  • 对输入信号进行分类,并通过输入/输出信号复用器将输出信号引导到适当的下行链路天线,以便重新传输到地球卫星接收站(天线)。

当卫星完成任务(这通常发生在发射后 3 或 4 年内)时,卫星运营商可以选择使卫星脱离轨道,将卫星留在当前轨道或将卫星移至墓地轨道。从历史上看,由于卫星任务开始时的预算限制,卫星很少被设计为脱离轨道。

大多数卫星不是脱离轨道,而是留在当前轨道或移动到墓地轨道。自 2002 年起,FCC 要求所有地球静止卫星在发射前承诺在其运行寿命结束时移动到墓地轨道。在不受控制的离轨情况下,主要变量是太阳通量,以及次要变量,卫星本身的组件和形状因素,以及太阳和月球产生的引力扰动(以及大山脉所产生的引力扰动,无论是高于还是低于海平面)。

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